本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高壓功率器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)與核心，其具有耐高壓、導(dǎo)通電流密度大的特點(diǎn)。提高功率器件的耐壓能力，降低功率器件關(guān)斷損耗是設(shè)計(jì)器件的關(guān)鍵。IGBT器件(絕緣柵雙極型晶體管器件)作為一類重要的功率半導(dǎo)體器件，在電力電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，IGBT器件由于P-body區(qū)與N-漂移區(qū)交界處空穴注入效率較低，載流子濃度分布很低，導(dǎo)致器件的飽和壓降升高，在關(guān)斷時(shí)，N-漂移區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存了大量的少數(shù)載流子，導(dǎo)致器件關(guān)斷電流拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重，關(guān)斷損耗大。通常改善關(guān)斷損耗的方式有兩種，一種是降低載流子壽命，另一種是在陽極附近增加Buffer場阻層。第一種方式對(duì)工藝要求非常高，而第二種雖然工藝上難度不大，但降低關(guān)斷損耗的效果不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底、埋氧層二氧化硅、N型漂移區(qū)，N型漂移區(qū)內(nèi)部一端設(shè)有P型阱區(qū)、另一端設(shè)有N-buffer層，器件表面設(shè)有氧化層，所述P型阱區(qū)內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端以及兩個(gè)N型源端之間的P型接觸區(qū)；所述N-buffer層內(nèi)部上方設(shè)有N型陽極區(qū)；所述N型源端、P型接觸區(qū)以及N型陽極區(qū)上方設(shè)有金屬層；所述源端和P型阱區(qū)間的溝道左右兩側(cè)是柵氧層，兩側(cè)的柵氧層旁邊都設(shè)有多晶硅，所述多晶硅位于P型阱區(qū)的兩側(cè)、N-buffer層的左側(cè)。

作為優(yōu)選方式，P型阱區(qū)和N-buffer層之間的N型漂移區(qū)內(nèi)部設(shè)有二氧化硅槽介質(zhì)；二氧化硅槽介質(zhì)位于P型阱區(qū)右側(cè)多晶硅的右側(cè)。

作為優(yōu)選方式，兩個(gè)多晶硅的深度L_g相等。兩個(gè)槽柵為同一工藝。

作為優(yōu)選方式，在P型阱區(qū)下方設(shè)有N型載流子儲(chǔ)存層。

作為優(yōu)選方式，兩個(gè)多晶硅的深度L_g相等且大于N型載流子存儲(chǔ)層的深度D_cs。

作為優(yōu)選方式，二氧化硅槽介質(zhì)的寬度W_t取值最小值為1μm。

作為優(yōu)選方式，二氧化硅槽介質(zhì)右側(cè)與N-buffer層左側(cè)相接。

作為優(yōu)選方式，二氧化硅槽介質(zhì)的深度為D_t，其值大于多晶硅的深度L_g，且滿足硅層厚度也即N型漂移區(qū)的厚度t_s>D_t≥Lg+1um。

本發(fā)明的有益效果為：與常規(guī)的槽柵SOI-LIGBT器件相比，本發(fā)明擁有雙柵結(jié)構(gòu)，在相同條件下有更大的電流能力，由于N型載流子存儲(chǔ)層的引入，減少了空穴直接向P型阱區(qū)的注入，使得載流子分布更均勻，有利于關(guān)斷時(shí)的載流子復(fù)合減少關(guān)斷時(shí)間，同時(shí)由于槽介質(zhì)二氧化硅的存在，使得N型漂移區(qū)的有效空間減少，也同時(shí)阻擋了右側(cè)的載流子的注入，形成載流子積累層；所以基于這兩個(gè)效應(yīng)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗得到大幅度的降低。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖2為實(shí)施例1器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖3為實(shí)施例2器件結(jié)構(gòu)剖面圖

圖4為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的空穴分布對(duì)比圖。

圖5為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)斷特性對(duì)比圖。

圖6為實(shí)施例1和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的Eoff-Von關(guān)系對(duì)比圖。

圖7為實(shí)施例3器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

其中，1為N型陽極區(qū)，2為N-buffer層，3為N型漂移區(qū)，4為P型阱區(qū)，5為N型源端，6為P型接觸區(qū)，7為多晶硅，8為埋氧層二氧化硅，9為P型襯底，10為氧化層，11為二氧化硅槽介質(zhì)，12為N型載流子儲(chǔ)存層。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

實(shí)施例1

如圖2所示，一種低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的P型襯底9、埋氧層二氧化硅8、N型漂移區(qū)3，N型漂移區(qū)3內(nèi)部一端設(shè)有P型阱區(qū)4、另一端設(shè)有N-buffer層2，器件表面設(shè)有氧化層10，所述P型阱區(qū)4內(nèi)部上方設(shè)有兩個(gè)N型源端5以及兩個(gè)N型源端5之間的P型接觸區(qū)6；所述N-buffer層2內(nèi)部上方設(shè)有N型陽極區(qū)1；所述N型源端5、P型接觸區(qū)6以及N型陽極區(qū)1上方設(shè)有金屬層；所述源端5和P型阱區(qū)4間的溝道左右兩側(cè)是柵氧層，兩側(cè)的柵氧層旁邊都設(shè)有多晶硅7，所述多晶硅7位于P型阱區(qū)4的兩側(cè)、N-buffer層2的左側(cè)。

兩個(gè)多晶硅7的深度L_g相等。兩個(gè)槽柵為同一工藝。

具體地，埋氧層二氧化硅8的厚度t_ox為3μm，硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度t_s為4μm，N型漂移區(qū)3的長度L_d為13μm，摻雜濃度N_d為2.5e15cm^-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度N_pwell為4e17cm^-3，N-buffer層2的摻雜濃度為4e17cm^-3，多晶硅深度L_g為2.2μm。

與常規(guī)的槽柵SOI-LIGBT器件相比，本實(shí)施例擁有雙柵結(jié)構(gòu)，在相同條件下有更大的電流能力。本實(shí)施例的槽柵位于P型阱區(qū)4的兩側(cè)，使得槽柵隔離了溝道和N型漂移區(qū)3，在開態(tài)時(shí)槽柵右側(cè)會(huì)有多數(shù)載流子積累，有利于關(guān)態(tài)時(shí)少數(shù)載流子的復(fù)合，降低關(guān)斷時(shí)間。

從圖5、圖6可看出，本實(shí)施例相對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)降低了關(guān)斷損耗。

實(shí)施例2

如圖3所示，本實(shí)施例的低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，和實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：P型阱區(qū)4和N-buffer層2之間的N型漂移區(qū)3內(nèi)部設(shè)有二氧化硅槽介質(zhì)11；二氧化硅槽介質(zhì)11位于P型阱區(qū)4右側(cè)多晶硅7的右側(cè)。

二氧化硅槽介質(zhì)11的寬度Wt取值最小值為1μm。

優(yōu)選的，二氧化硅槽介質(zhì)11右側(cè)可以與N-buffer層2左側(cè)相接，即Ld為零。

二氧化硅槽介質(zhì)11的深度為Dt，其值大于多晶硅7的深度Lg，且滿足硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度t_s>D_t≥L_g+1um。

具體地，埋氧層二氧化硅8的厚度t_ox為3μm，硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度t_s為4μm，N型漂移區(qū)3的長度L_d為13μm，摻雜濃度N_d為2.5e15cm^-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度N_pwell為4e17cm^-3，N-buffer層2的摻雜濃度為4e17cm^-3，多晶硅深度L_g為2.2μm，二氧化硅槽介質(zhì)11的深度D_t為3.2μm，長度W_t為1μm。

本實(shí)施例的工作原理為：開態(tài)時(shí)，右側(cè)的槽柵對(duì)多數(shù)載流子有阻擋作用，使得其在槽柵右側(cè)積累，關(guān)斷時(shí)的時(shí)間明顯的降低導(dǎo)致關(guān)斷損耗降低；采用電感負(fù)載L為2μH，通過實(shí)施例的仿真結(jié)果對(duì)比，在200A/cm²電流密度下，當(dāng)開啟電壓同為1.1V時(shí)，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗比常規(guī)槽柵結(jié)構(gòu)低百分之七十多。

由于槽介質(zhì)二氧化硅11的存在，使得N型漂移區(qū)3的有效空間減少，也同時(shí)阻擋了右側(cè)的載流子的注入，形成載流子積累層；

與常規(guī)的槽柵SOI-LIGBT器件相比，本實(shí)施例的槽柵位于P型阱區(qū)4的兩側(cè)，使得槽柵隔離了溝道和N型漂移區(qū)3，在開態(tài)時(shí)槽柵右側(cè)會(huì)有多數(shù)載流子積累，有利于關(guān)態(tài)時(shí)少數(shù)載流子的復(fù)合，降低關(guān)斷時(shí)間；槽介質(zhì)二氧化硅11占據(jù)了大部分N型漂移區(qū)3，槽柵比體硅更耐壓，且使得開態(tài)時(shí)積累的少數(shù)載流子變少同樣可以大量的降低關(guān)斷的時(shí)間。通過上述兩個(gè)效應(yīng)，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗得到大幅度的降低。

實(shí)施例3

如圖7所示，本實(shí)施例的低關(guān)斷損耗雙槽柵SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)，和實(shí)施例2基本相同，區(qū)別在于：在P型阱區(qū)4下方設(shè)有N型載流子儲(chǔ)存層12。兩個(gè)多晶硅7的深度L_g相等且大于N型載流子存儲(chǔ)層12的深度D_cs。

具體地，埋氧層二氧化硅8的厚度t_ox為3μm，硅層厚度也即N型漂移區(qū)3的厚度t_s為4μm，N型漂移區(qū)3的長度L_d為13μm，摻雜濃度N_d為2.5e15cm^-3，柵氧厚度為20nm，P型阱區(qū)4的摻雜濃度N_pwell為4e17cm^-3，N型載流子存儲(chǔ)層12的摻雜濃度為1e18cm^-3，N-buffer層2的摻雜濃度為4e17cm^-3，多晶硅深度L_g為2.2μm，二氧化硅槽介質(zhì)11的深度D_t為3μm，長度W_t為1μm。

由于N型載流子存儲(chǔ)層12的引入，減少了空穴直接向P型阱區(qū)的注入，使得載流子分布更均勻，有利于關(guān)斷時(shí)的載流子復(fù)合減少關(guān)斷時(shí)間。

本例的工作原理為：開態(tài)時(shí)，右側(cè)的槽柵對(duì)多數(shù)載流子有阻擋作用，使得其在槽柵右側(cè)積累，同時(shí)在N型載流子存儲(chǔ)層12存在的情況下，阻擋了少數(shù)載流子進(jìn)入P型阱區(qū)，使此處的載流子也有積累，使得載流子分布更均勻有利于關(guān)斷時(shí)的載流子復(fù)合，由上述兩個(gè)效果，關(guān)斷時(shí)的時(shí)間明顯的降低導(dǎo)致關(guān)斷損耗降低；采用電感負(fù)載L為2μH，通過實(shí)施例的仿真結(jié)果對(duì)比，在200A/cm²電流密度下，當(dāng)開啟電壓同為1.1V時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的關(guān)斷損耗比常規(guī)槽柵結(jié)構(gòu)低百分之七十多。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。